【手続補正書】
【提出日】平成18年7月14日(2006.7.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】      明細書
【発明の名称】  電子部品に埋設するキャパシタ層を形成するために用いる薄い誘電層を備えたキャパシタ材料及びその製造方法
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電性層と、当該第１導電性層表面上に位置する第１誘電体層と、前記第１誘電体層上に位置する第２誘電体層と、前記第２誘電体層上に位置する第２導電性層とからなり、
各導電性層は、銅と銅表面のニッケルからなる金属層とから構成され、
第１導電性層の銅表面の金属層と第２導電性層の銅表面の金属層との間に、第１誘電体層と第２誘電体層とからなる誘電体層の全体が付着するように狭持されたキャパシタ材料。
【請求項２】
第１導電性層と、当該第１導電性層表面上に位置する第１誘電体層と、前記第１誘電体層上に位置する第３誘電体層と、前記第３誘電体層上に位置する第２誘電体層と、前記第２誘電体層上に位置する第２導電性層とからなり、
各導電性層は、銅と銅表面のニッケルからなる金属層とから構成され、
第１導電性層の銅表面の金属層と第２導電性層の銅表面の金属層との間に、第１誘電体層／第３誘電体層／第２誘電体層の３層からなる誘電体層の全体が付着するように狭持されたキャパシタ材料。
【請求項３】
第１誘電体層及び第２誘電体層は、高分子樹脂である熱硬化性ポリマー、熱可塑性ポリマー、無機材料の群から選択された材料よりなる請求項１又は請求項２に記載のキャパシタ材料。
【請求項４】
第１誘電体層及び／又は第２誘電体層は、フィラーを含む高分子樹脂材で構成されたものである請求項１〜請求項３のいずれかに記載のキャパシタ材料。
【請求項５】
第１誘電体層及び／又は第２誘電体層は、フィラーを含む高分子樹脂で構成されており、当該フィラーを５ｖｏｌ％から８０ｖｏｌ％含有する高分子樹脂で構成したものである請求項１〜請求項４のいずれかに記載のキャパシタ材料。
【請求項６】
フィラーは、セラミックス、チタン酸バリウム、窒化ボロン、酸化アルミニウム、シリカ、チタン酸ストロンチウム、チタン酸ストロンチウムバリウム、水晶、非セラミックスのフィラー及びそれらの組み合わせからなる群から選択される請求項１〜請求項５のいずれかに記載のキャパシタ材料。
【請求項７】
第１誘電体層及び／又は第２誘電体層を構成する熱硬化性ポリマー及び熱可塑性ポリマーは、エポキシ、ポリエステル、コポリマーを含むポリエステル、ポリアリレンエーテル、フッ素を含むポリアリレンエーテル、ポリイミド、ベンゾシクロブテン、液晶ポリマー、アリルを含むポリフェニレンエーテル、アミン及びそれらの組み合わせからなる群から選択される材料からなる請求項１〜請求項６のいずれかに記載のキャパシタ材料。
【請求項８】
第１誘電体層及び／又は第２誘電体層を構成する無機材料は、セラミックス、チタン酸バリウム、窒化ボロン、酸化アルミニウム、シリカ、チタン酸ストロンチウム、チタン酸ストロンチウムバリウム、水晶、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される材料からなる請求項１〜請求項７のいずれかに記載のキャパシタ材料。
【請求項９】
導電性層は、０．５μｍから２００μｍの厚さを備えた請求項１〜請求項８のいずれかに記載のキャパシタ材料。
【請求項１０】
誘電体層は、２μｍから２００μｍの厚さを備えた請求項１〜請求項８のいずれかに記載のキャパシタ材料。
【請求項１１】
第３誘電体層は、紙、ガラスクロス等のポーラスな材料を用いて構成したものである請求項２〜請求項１０のいずれかに記載のキャパシタ材料。
【請求項１２】
銅と銅表面のニッケルからなる金属層とから構成された第１導電性層の表面全体に第１誘電体層を形成した誘電体層付第１導電性シートと、銅と銅表面のニッケルからなる金属層とから構成された第２導電性層の表面全体に第２誘電体層を形成した誘電体層付第２導電性シートとを用いて、
前記誘電体層付第１導電性シートの第１誘電体層と誘電体層付第２導電性シートの第２誘電体層とを対向させて重ね合わせ積層成形することで、第１導電性層の銅表面の金属層と第２導電性層の銅表面の金属層との間に、第１誘電体層と第２誘電体層とからなる誘電体層を形成することを特徴としたキャパシタ材料の製造方法。
【請求項１３】
第１誘電体層と第２誘電体層とを積層した状態の誘電体層を形成し、この誘電体層の両外層面に、銅と銅表面のニッケルからなる金属層とから構成された導電性層を形成することで、第１導電性層の銅表面の金属層と第２導電性層の銅表面の金属層との間の全体に、第１誘電体層と第２誘電体層とからなる誘電体層を形成することを特徴としたキャパシタ材料の製造方法。
【請求項１４】
銅と銅表面のニッケルからなる金属層とから構成された第１導電性層の表面全体に第１誘電体層を形成した誘電体層付第１導電性シートと、銅と銅表面のニッケルからなる金属層とから構成された第２導電性層の表面全体に第２誘電体層を形成した誘電体層付第２導電性シートと、第３誘電体層の形成材料とを用いて、
前記誘電体層付第１導電性シートの第１誘電体層と誘電体層付第２導電性シートの第２誘電体層とを対向させ、その間に第３誘電体層の形成材料を挿入して重ね合わせ積層成形することで、第１導電性層の銅表面の金属層と第２導電性層の銅表面の金属層との間に、第１誘電体層／第３誘電体層／第２誘電体層とからなる３層の誘電体層を形成することを特徴としたキャパシタ材料の製造方法。
【請求項１５】
第１誘電体層と第２誘電体層と第３誘電体層と第１誘電体層／第３誘電体層／第２誘電体層の順で積層した状態の誘電体層を形成し、この誘電体層の両外層面に、銅と銅表面のニッケルからなる金属層とから構成された導電性層を形成することで、第１導電性層の銅表面の金属層と第２導電性層の銅表面の金属層との間の全体に、第１誘電体層／第３誘電体層／第２誘電体層とからなる３層の誘電体層を形成することを特徴としたキャパシタ材料の製造方法。
【請求項１６】
請求項１２〜請求項１５の製造方法における導電性層は、金属箔を用いることにより形成するものであるキャパシタ材料の製造方法。
【請求項１７】
請求項１２〜請求項１５の製造方法における導電性層は、スパッタリング、蒸着その他の気相堆積法を用いて形成するものであるキャパシタ材料の製造方法。
【請求項１８】
請求項１２〜請求項１５の製造方法における第１導電性層と第２導電性層の内、いずれか一方の導電性層は、金属箔を張り付けることにより形成し、他方の導電性層をスパッタリング、蒸着その他の気相堆積法を用いて形成するものであるキャパシタ材料の製造方法。
【請求項１９】
誘電体層を構成する第１誘電体層は、液体ポリマーを塗布し乾燥することで形成したものである請求項１２〜請求項１８に記載のキャパシタ材料の製造方法。
【請求項２０】
誘電体層を構成する第２誘電体層は、液体ポリマーを塗布し乾燥することで形成したものである請求項１２〜請求項１８に記載のキャパシタ材料の製造方法。
【請求項２１】
誘電体層を構成する第１誘電体層は、樹脂フィルム材料を用いて形成したものである請求項１２〜請求項１８に記載のキャパシタ材料の製造方法。
【請求項２２】
誘電体層を構成する第２誘電体層は、樹脂フィルム材料を用いて形成したものである請求項１２〜請求項１８に記載のキャパシタ材料の製造方法。
【請求項２３】
請求項１〜請求項１１に記載のキャパシタ材料を用いたプリント配線板。
【請求項２４】
請求項１〜請求項１１に記載のキャパシタ材料を用いたマイクロエレクトロニクス装置のためのチップキャリア。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主に誘電層にポリマーを用いたキャパシタを構成する材料に関する。より詳細には、本発明は、プリント配線板または他のマイクロエレクトロニクス装置内に埋め込まれるポリマーキャパシタに関する。キャパシタは、誘電体によって分離された、一対の平行な導電層を備える。各導電層は、その表面に誘電体層を有し、誘電体層同士で互いに貼り付けられたものである。このキャパシタは、優れた耐ボイド形成能（ｖｏｉｄ  ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）を示すのである。
【０００２】
【従来の技術】
キャパシタは、回路に容量を導入するために使用される装置であり、主として、電気エネルギーを蓄積し、直流電流の流れを阻止し、または交流電流の流れを可能にするものとして機能する。キャパシタは、銅フォイルなどの２つの電気的導電性のある導電材間に、挟まれた誘電体材料を備えている。一般に、誘電体材料は、ラミネーションまたは真空蒸着により形成される接着層であり、電気的に導通性のある導電材層と接合している。
【０００３】
米国特許第５，１５５，６５５号は、誘電体材料の単一のシートが２つの導電性フォイルとともにラミネートすることでキャパシタを形成する１つの方法を開示している。
【０００４】
キャパシタの性能を最適化するためには、用いられる誘電体材料が、優れた接着性、高い誘電強度、および良好な柔軟性などの特徴を備えた良好な材料特性を有することが重要である。
【０００５】
キャパシタは、プリント配線板および他のマイクロエレクトロニクス装置に関して一般的に用いられる構成部品である。キャパシタは、回路ボード上のディスクリート素子として電気的に接続されるか、または回路ボード内に埋め込んで用いられる。一般的に、プリント配線板の厚みを薄くしたり、部品実装面積を最大化するために、プリント配線板の内層に埋め込まれたキャパシタを採用することが好ましい。
【０００６】
キャパシタの電気容量は、キャパシタ層の形状およびサイズと、絶縁材料の誘電率とに主に依存する。従来技術において誘電体材料としては様々なタイプのものが知られている。例えば、誘電体材料は、空気などの気体、真空、液体、固体、またはそれらの組み合わせであることができる。各材料は、独自の特定の特性を有している。特に、プリント配線板で使用するためのキャパシタの形成において、誘電体材料としてガラス繊維の骨格材により強化されたポリマーマトリックスなどの誘電体材料が使用されてきた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このタイプのキャパシタの性能は、キャパシタの柔軟性および目標とする電気容量を達成できないものとなりやすい、誘電体層の厚さを制御することに限界が生じ、導電性金属層との接着強度を安定化することが出来ず、結果として誘電率が低く、劣った誘電強度しか得られない等の問題点を含んでいた。
【０００８】
従って、市場では、高い誘電率を確保するために、誘電体材料の非常に薄い層を安定して形成できる方法が望まれ、同時にキャパシタ材料が薄くなると、ハンドリング時に誘電層に割れが生じやすく、キャパシタとしての性能劣化を起こす要因となるため、ハンドリング作業の容易化を図るための柔軟性を付与することが求められてきたのである。
【０００９】
更に、キャパシタを形成するために用いるキャパシタ材料は、誘電体層を２０μｍ以下のレベルにまで非常に薄くしようとすることから、誘電体層の中に微細なボイドまたは他の構造欠陥が形成される場合がある。例えば、米国特許第５，１６１，０８６号は、２つの導電性フォイルのシート間の誘電体材料の単一の薄いシートを用いたラミネート法を提供する。このタイプの誘電体層は、ボイドの形成を非常に受け易く、ボイド発生箇所の検出および修復には時間と費用が大幅にかかることになる。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
そこで、本件発明は、従来技術の問題である誘電体層の高誘電率化が可能で、しかも上述した柔軟性確保のための材料選択が容易となり、同時にボイドの発生を効率よく解決する事の出来る層構成を備えたキャパシタ材料及びその製造方法を提供するのである。
【００１１】
特に、ボイド及びその他の形状欠陥の発生を防止するための主要的観点として、誘電体層を単層で構成することなく、２層の構成として、第１誘電体層と第２誘電体層とを張り合わせるという概念を、本件発明においては一貫して用いているのである。従って、キャパシタ材料の誘電体層持つ層構成は、２層の誘電体層から構成されているのである。なお、最初に明記しておく必要があるのは、第１誘電体層と第２誘電体層とを構成する材料は、同一であっても、異種の材料を組み合わせても良い点である。
【００１２】
以下、本件発明に関して説明する。本件発明は、第１導電性層と、当該第１導電性層表面上に位置する第１誘電体層と、前記第１誘電体層上に位置する第２誘電体層と、前記第２誘電体層上に位置する第２導電性層とからなり、第１導電性層と第２導電性層との間に、第１誘電体層と第２誘電体層とからなる誘電体層が狭持されたキャパシタ材料に関する。このキャパシタ材の断面から見た層構成を模式的に表したのが図３である。
【００１３】
そして、本件発明は、第１導電性層と、当該第１導電性層表面上に位置する第１誘電体層と、前記第１誘電体層上に位置する第３誘電体層と、前記第３誘電体層上に位置する第２誘電体層と、前記第２誘電体層上に位置する第２導電性層とからなり、第１導電性層と第２導電性層との間に、第１誘電体層／第３誘電体層／第２誘電体層の３層からなる誘電体層が狭持されたキャパシタ材料に関する。このキャパシタ材の断面から見た層構成を模式的に表したのが図４である。
【００１４】
このように誘電体層を２層又は３層の複数層の構成とすることで、第１誘電体層を構成する材料と第２誘電体層を構成する材料、更には第３誘電体層を構成する材料の任意の組み合わせを実現し、誘電率の設計が可能となり、しかも同時に誘電体層の柔軟性を改善することも可能となるのである。
【００１５】
そして、キャパシタ材料として用いるためには、誘電体層の両面に導電性層が存在していなければならない。ここでは、その導電性層を第１導電性層と第２導電性層と区別して用いているが、これは第１導電性層と第２導電性層とを、同一の導電性素材で構成する場合に限らず、異種の導電素材を用いる場合をも含むことを意図しているからである。
【００１６】
上述した誘電体層を構成する第１誘電体層及び第２誘電体層は、高分子樹脂である熱硬化性ポリマー、熱可塑性ポリマー、無機材料の群から選択された材料を任意に組み合わせて用いることが可能である。従って、第１誘電体層及び第２誘電体層共に高分子樹脂材を用いる場合、第１誘電体層には高分子樹脂材を用い、第２誘電体層には無機材料を用いる場合等の組み合わせが可能なことを意味するのである。
【００１７】
更に、第１誘電体層、第２誘電体層を高分子樹脂で構成した場合においては、そこにフィラーを含有させることが可能である。ここで言うフィラーは、高分子樹脂の使用量を減少させ経済性を高めると共に、誘電率を向上させることの出来る材質のものを用いることが望ましい。
【００１８】
また、当該フィラーの含有量は、フィラーを含む高分子樹脂の全体の容量を１００ｖｏｌ％としたときに、当該フィラーが５ｖｏｌ％から８０ｖｏｌ％含有する状態とすることが好ましい。フィラーが５ｖｏｌ％未満の場合には、誘電率を向上させる効果が顕著ではなく、８０ｖｏｌ％をこえると構成した誘電体層の脆化が著しくなるためである。また、より好ましくは、フィラーの含有量を１０ｖｏｌ％から５０ｖｏｌ％の範囲とする場合である。この範囲であれば、誘電体層の誘電率を効率的に向上させると共に、フィラー原料の種類に依存することなく脆化現象を殆ど起こすことが無くなるためである。
【００１９】
また、フィラー以外にも、誘電体層に、着色するための原料と考えることもできる、誘電層の透明度を制御することも可能となり、ＣＣＤを用いた自動検査等におけるコントラスト制御を行うために、染料または顔料を含むことも可能である。
【００２０】
上述してきたフィラーは、セラミックス、チタン酸バリウム、窒化ボロン、酸化アルミニウム、シリカ、チタン酸ストロンチウム、チタン酸ストロンチウムバリウム、水晶、非セラミックスのフィラー及びそれらの組み合わせからなる群から選択されるものを用いることが好ましい。これらは、上述した含有率の範囲で、耐吸湿性に優れ、誘電体層の誘電率向上に寄与し、且つ、誘電体層の脆化を引き起こさないものなのである。ここで非セラミックのフィラーとは、樹脂粉等のことである。
【００２１】
誘電体層である第１誘電体層、第２誘電体層の構成には、高分子樹脂として熱硬化性ポリマー、熱可塑性ポリマーを用いることができる。具体的には、エポキシ、ポリエステル、コポリマーを含むポリエステル、芳香族熱硬化性コポリエステル、Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ、ＳｕｎｎｙｖａｌｅのＨｏｎｅｙｗｅｌｌ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｉｎｃ．からＦｌａｒｅＴＭとして入手可能なポリアリレンエーテルおよびフッ素を含むポリアリレンエーテル、ポリイミド、ベンゾシクロブテン（ＣｙｃｌｏｔｅｎｅとしてＤｏｗから入手可能）、液晶ポリマー（Ｋｕｒａｒａｙから入手可能）、アリルを含む（ａｌｌｙｌａｔｅｄ）ポリフェニレンエーテル（Ａｓａｈｉ  Ｃｈｅｍｉｃａｌから入手可能）、アミン、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）、窒化ボロン（ＢＮ）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、シリカ、チタン酸ストロンチウム、チタン酸ストロンチウムバリウム、水晶、および他のセラミック無機材料と非セラミック無機材料などの無機材料及びそれらの組み合わせからなる群から選択される材料である。
【００２２】
これらの高分子樹脂は、耐吸湿特性に優れており、当然にキャパシタの誘電体層に求められる誘電率を満足する特性を備えている。しかも、ポリマー溶液とすることが容易であるか、薄く均一に塗布することが可能であるか、また薄いシートに加工するが容易であるかのいずれかの特色を備えており、後述する製造過程において使用が容易という特徴を備えているのである。
【００２３】
熱硬化性ポリマー、熱可塑性ポリマー、無機組成物のそれぞれを単独でも、またはそれらを組み合わせて混合して用いても構わない。芳香族熱硬化性コポリエステルは、米国特許第５，４３９，５４１号および５，７０７，７８２号に記載されたコポリエステルを含むものである。これらの材料の最も好ましい誘電体は、液体ポリイミド樹脂、またはポリイミド樹脂混合物である。ポリイミド樹脂自体が、高い電気的強度、良好な絶縁特性、および高い軟化点を有し、多くの薬品に対して優れた耐性を示すものである。ポリイミド樹脂の中でも、約１６０℃から約３２０℃のガラス転移温度（Ｔｇ）を有しているものが好ましい、更に約１９０〜２７０℃のガラス転移温度のものを採用することが、プレス加工時の樹脂流れの制御が容易となり、製造工程を容易にする観点から好ましい。
【００２４】
これに対し、第１誘電体層及び／又は第２誘電体層を無機材料で構成する場合には、セラミックス、チタン酸バリウム、窒化ボロン、酸化アルミニウム、シリカ、チタン酸ストロンチウム、チタン酸ストロンチウムバリウム、水晶、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される材料を用いることが好ましい。ここに掲載した素材は、実質的には、上述したフィラーの材質と共通するものであり、高い誘電率を確保するとの観点から選択したものであることが理解できる。
【００２５】
そして、前記した第３誘電層は、製造したキャパシタ材料の機械的強度を向上させることを目的として、曲げ変形時の変形歪みを効率よく吸収できる能力に優れたポーラスな材料として、紙、ガラスクロス等を用いて形成するのである。
【００２６】
次に、第１導電性層と第２導電性層とで構成する導電性層は、０．５μｍから２００μｍの厚さを備えるものとして用いられる。そして、この導電性層は、銅、亜鉛、真鍮、クロム、クロム酸塩、窒化チタン、ニッケル、シラン、アルミニウム、ステンレス鋼、鉄、金、銀、チタンの群より選択された材料を持って構成することができる。上述してきた誘電体層との接着強度の安定性、及びキャパシタ材料の用途を考慮して導き出されるものである。そのような導電性材料の例は、米国特許第５，６７９，２３０号に開示されている。
【００２７】
更に、第１誘電体層及び第２誘電体層若しくは第１誘電体層／第３誘電体層／第２誘電体層として構成される誘電体層は、２μｍから２００μｍの厚さとすることが求められる。この誘電体層の厚さは、キャパシタとしての電気容量を決定付ける重要な要因であり、誘電体層の厚さが薄くなるほど、電気容量が大きくなる。現行の市場要求を反映させれば、市場に安定供給できていない誘電体層の厚さが２０μｍ以下のキャパシタ材料が求められることになる。しかしながら、本件発明に係るキャパシタ材料の層構成を採用することでキャパシタの性能安定性及び生産歩留まりが飛躍的に向上するのである。
【００２８】
以上に述べてきたキャパシタ材料の誘電体層は、厚さ１ミル当り、２０００ボルト以上の誘電強度、好ましくは、厚さ１ミル当り約２０００ボルトから約１００００ボルトの範囲に制御されていること、より好ましくは、厚さ１ミル当り約２０００ボルトから約６０００ボルトの誘電強度に制御されていることが望まれる。また、キャパシタとしての好ましい電気容量は、少なくとも約２５０ｐＦ／ｃｍ２、より好ましくは約２５０ｐＦ／ｃｍ２から約４００００ｐＦ／ｃｍ２に制御されていることが望ましい。
【００２９】
ここまで述べてきたキャパシタ材料は、一般のプリント配線板と同様のエッチングプロセスを経て、キャパシタ材料の第１導電性層及び第２導電性層がエッチング加工され、キャパシタ回路形状、必要に応じた導通回路形状が作成され多層プリント配線板の内層材料として用いられることになるのである。以下、キャパシタ材料の製造方法について説明する。
【００３０】
本件発明は、第１導電性層の表面上に第１誘電体層を形成した誘電体層付第１導電性シートと、第２導電性層の表面上に第２誘電体層を形成した誘電体層付第２導電性シートとを用いて、前記誘電体層付第１導電性シートの第１誘電体層と誘電体層付第２導電性シートの第２誘電体層とを対向させて重ね合わせ積層成形することで、第１導電性層と第２導電性層との間に第１誘電体層と第２誘電体層とからなる誘電体層を形成することを特徴としたキャパシタ材料の製造方法に関する。
【００３１】
ここに述べた製造方法は図２として表したものである。即ち、図１に示した第１導電性層１の表面上に第１誘電体層２形成した誘電体層付第１導電性シート３と、図１に示した第２導電性層４の表面上に第２誘電体層５を形成した誘電体層付第２導電性シート６とを用意して、図２に示したように誘電体層付第１導電性シート３の第１誘電体層２と誘電体層付第２導電性シート６の第２誘電体層５とを対向させて重ね合わせ積層成形することで、図３に示したような第１導電性層１と第２導電性層４との間に第１誘電体層２と第２誘電体層５とからなる誘電体層７を形成するのである。
【００３２】
このような製造方法において採用される積層方法は、一般に熱間プレス加工である。この積層加工時に２枚の誘電体層付導電性シートは共に押しつけられる。このとき結果として、第１誘電体層と第２誘電体層とが、熱で軟化して強く押しつけられることになる。図３に示したキャパシタ材料８の熱間プレス加工は、誘電体材料から残留溶剤を揮発させ、誘電体を半硬化または完全硬化させるのである。従って、加熱は、約１００°Ｆから約６００°Ｆの温度で、約１分から１２０分間程度行うものである。この挙動により、それぞれの誘電体の表面に存在するディンプル状の凹凸、誘電体層の内部に内包されたボイドが消失する事になる。特に、熱間プレス加工する際に雰囲気を低圧状態にする所謂真空プレス装置を用いることで効率よくボイドの解消が可能となるのである。
【００３３】
このようにして誘電体層の内部に内包されるボイド及びその他の形状欠陥を消しさることができるのである。従って、均一で厚さ精度に優れた薄い誘電体層が得られ、キャパシタとしての信頼性および物理的な強度を増大させ、製造欠陥の原因を排除するのである。
【００３４】
誘電体層付導電性シートは、銅箔等に代表される金属箔シートの表面に誘電体層を設けるか、誘電体層を構成する樹脂シートの表面にスパッタリング、蒸着その他の気相堆積法を用いて導電性層を形成することで得られる。このとき前者の方法を採用するにあたっては、金属箔シートの表面に、液体ポリマー材料を塗布して乾燥させることにより製造することが望ましい。液体ポリマーを用いることで、誘電体層の厚さのコントロールが容易となるからである。従って、液体ポリマーの塗布には、ドクターブレード、スロットダイ、リバースロールその他などのメータリング装置を用いて、誘電体層の厚みを任意に調整することができるものを用いることが好ましい。また、誘電体層の形成は、その構成材料が容易に溶融できる場合には、溶融押し出し法で行うこともでき、更に、当該構成材料が容易に気化し再凝結することができるものである場合には、気相堆積法である化学気相蒸着法等を採用することも可能である。
【００３５】
液体ポリマーを塗布する際の厚さの制御および均一化を可能にするために、液体ポリマーとしては、通常、約５０００から約３５０００センチポアズの範囲の粘性、好ましくは１５０００から２７０００センチポアズの粘性を有する。ポリマー溶液は、重量割合で１０ｗｔ％から６０ｗｔ％のポリマー、好ましくは１５ｗｔ％から３０ｗｔ％のポリマーを含み、溶液の残りの部分は１つまたは複数の溶剤を含むものである。そして、単一の溶剤を用いることが好ましい。最も好適な溶剤は、アセトン、メチルエチルケトン、Ｎ−メチルピロリドン、Ｎ，Ｎジメチルフォーママイド、Ｎ，Ｎジメチルアセタマイドである。中でも、最も好ましい単一の溶剤は、Ｎメチルピロリドンである。但し、これらを混合して用いることも可能であることも確認的に記載しておく。
【００３６】
液体ポリマーの代わりに樹脂シートを用いる場合には、好ましくは、約２１０℃から約３１０℃、より好ましくは約２３０℃から約２９０℃の温度で、圧力を掛けて行われる。時間は、約１分から約６０分、好ましくは約１分から約３０分程度の時間が採用される。このときの圧力は、少なくとも水銀柱２８インチの真空下で行われ、約１００ｐｓｉから約４００ｐｓｉ、好ましくは約１２５ｐｓｉから約３００ｐｓｉの圧力に維持して、金属箔とラミネートすることが望ましい。
【００３７】
また、本件発明は、前記した製造方法の他、第１導電性層の表面上に第１誘電体層を形成した誘電体層付第１導電性シートと、第２導電性層の表面上に第２誘電体層を形成した誘電体層付第２導電性シートと、第３誘電体層の形成材料とを用いて、前記誘電体層付第１導電性シートの第１誘電体層と誘電体層付第２導電性シートの第２誘電体層とを対向させ、その間に第３誘電体層の形成材料を挿入して重ね合わせ積層成形することで、第１導電性層と第２導電性層との間に第１誘電体層／第３誘電体層／第２誘電体層とからなる３層の誘電体層を形成することを特徴としたキャパシタ材料の製造方法に関する。即ち、図４に示す断面図から明らかなように、第１誘電体層２と第２誘電体層５との間に第３誘電体層９を挟み込んで積層するものであり、基本的には前記した製造方法と同様であるため、詳細な説明は省略する。
【００３８】
その他の製造方法として、本件発明は、第１誘電体層と第２誘電体層とを積層した状態の誘電体層を形成し、この誘電体層の両外層面に、導電性層を形成することで第１導電性層と第２導電性層との間に第１誘電体層と第２誘電体層とからなる誘電体層を形成することを特徴としたキャパシタ材料の製造方法に関する。また、第１誘電体層と第２誘電体層と第３誘電体層と第１誘電体層／第３誘電体層／第２誘電体層の順で積層した状態の誘電体層を形成し、この誘電体層の両外層面に、導電性層を形成することで第１導電性層と第２導電性層との間に第１誘電体層／第３誘電体層／第２誘電体層とからなる３層の誘電体層を形成することを特徴としたキャパシタ材料の製造方法に関する。
【００３９】
ここで第１誘電体層と第２誘電体層とを積層した状態の誘電体層を形成する方法としては、半硬化した状態の樹脂シートと樹脂シートとを積層するか、半硬化した樹脂シートの片面に液体ポリマーを塗布して乾燥させるかの方法を採用することが好ましい。また、第１誘電体層／第３誘電体層／第２誘電体層の３層の構造とする場合にも、それぞれのシート状の材料を重ねて積層するか、紙、ガラスクロスである第３誘電層の表面に液体ポリマーを塗布することで第１誘電体層及び第２誘電体層を構成することが可能である。このとき、半硬化状態の第１誘電体層と半硬化状態の第２誘電体層とが、完全に接着硬化した状態ではなく、少なくとも仮接着した状態であれば良い。最終的に完全硬化させればよいものであるからである。但し、導電性層を、金属箔を用いて形成する場合には、半硬化の状態としていなければならない。熱間プレス加工の段階で、誘電体層を構成する樹脂が軟化して再流動することで、接着するからである。
【００４０】
これに対し、導電性層をスパッタリング、蒸着等を用いて行う場合には、完全硬化した状態であっても構わないのである。仮に、誘電体層が半硬化の状態で蒸着により導電性層を形成しても、その後再加熱するアフターベーキングすることにより、誘電体層を完全硬化することも可能となるのである。
【００４１】
以上に述べたことから理解できるように、導電性層の形成に金属箔を用いる場合、導電性層は、金属箔を用いることにより形成することができる。このように金属箔を用いるのは、導電性層が３μｍ厚以上のものに適用することが望ましい。また、金属箔を用いることは、導電性層の膜厚安定性を確保するためには極めて有効な方法である。なお、特に銅箔を用いる場合には、銅箔が光沢面と、粗面とを備えているが、誘電体層を形成する面はいずれの面であっても構わない。光沢面に誘電体層を形成すれば、非常に平滑であるため誘電体層厚を均一化する効果が得られ、粗面に誘電体層を形成すれば誘電体層と銅箔との界面の接着強度を高くすることが可能となる。
【００４２】
そして、本件発明において、導電性層は、スパッタリング、蒸着その他の気相堆積法を用いて形成することが好ましい。これらの方法は、金属箔の適用できる厚さ以下の導電性層を形成する場合に適用することが望ましい。これらの方法で、逆に厚い金属膜を得ようとすると、製造時間及び製造コストが増大し、製品価格を跳ね上げることになるからである。
【００４３】
更に、以上に述べてきた導電性層の形成に、金属箔を使用する場合と、スパッタリング、蒸着その他の気相堆積法を用いる場合とを同時に併用することが出来る。即ち、第１導電性層と第２導電性層の内、いずれか一方の導電性層は、金属箔を張り付けることにより形成し、他方の導電性層をスパッタリング、蒸着その他の気相堆積法を用いて形成するのである。このようなキャパシタ材料の製造方法によれば、キャパシタ材料としてのトータル厚さの管理も容易となり、製造する製品の品種に合わせた生産コストの最適化及び最小限化を可能とするのである。
【００４４】
本件発明に係るキャパシタ材料は、様々なプリント配線板製造の場で使用するのが一般的である。例えば、本発明のキャパシタは、リジット基板、フレキシブル基板、ＴＡＢテープ等のチップキャリアパッケージなどに応用され、各種マイクロエレクトロニクス装置に用いられる。
【００４５】
【発明の実施の形態】
以下、本件発明の実施形態について説明する。
【００４６】
第１実施形態：  電解法で製造した公称厚さ３５μｍ（１オンス）の銅箔であって、幅０．６４ｍのロールを、繰り出しローラ（ｕｎｗｉｎｄ  ｒｏｌｌｅｒ）に装着し、０．３ｍ×０．３ｍ角の銅箔サンプルを採取し、銅箔の単位重量の確認を行った。
【００４７】
繰り出しローラから巻き出された銅箔は、適宜配置されたテンションローラで一定の張力を維持しつつ、オーブン内を走行し、アイドルローラを通り、巻き取りローラへ巻き取られるという経路を走行するのである。このとき、銅箔は、１インチ幅当り４ポンドの張力をかけられた状態で、オーブン内の赤外線ヒータを用いた３つの加熱帯である１５０℃、２３２℃、および３１６℃に設定されたゾーンを通過するものとした。巻き取りローラは、駆動モータと連結しており、銅箔の走行速度が１．２メートル／分に設定した。エッジガイドを取り付け、オーブンを通る銅箔の適切な直線走行性を確保した。
【００４８】
液体ポリイミド樹脂が、ステンレス鋼製の混合バット内で、溶剤にＮ−メチルピロリドンを用いて、２５％固形分、約２００００センチポイズの粘度に調整した。液体ポリイミド溶液は、ディスペンスシステムに供給され、約５０μｍの膜厚を形成するよう、走行する銅箔の光沢面に塗布した。
【００４９】
そして、ドクターブレードを用いて、厚さ４３μｍの液体ポリイミド樹脂層とし、加熱帯を通過させた。その結果、厚さ約７．６μｍの半硬化状態で乾燥した誘電体層として巻き取りロールに巻き取り、その後、所望のサイズにカットして誘電体層付導電性シートを得た。
【００５０】
加熱帯内で、溶剤が揮発し液体ポリイミド樹脂が硬化する場合、液体ポリイミドが塗布された銅箔が最初にオーブンへ入ると、初期温度の低下が起こると考えられる。そこで、オーブン内の温度が定常状態になったところで、誘電体層付銅箔シートのサンプルを採取し、この誘電体層付銅箔シート重量から前述した銅箔の単位重量を差し引いた値を、フィルム厚さへ変換するためのポリイミド密度を使用して誘電体層厚さを算出した。この厚さを参考にして、銅箔表面へ供給する液体ポリイミドの量、またはドクターブレードのブレード高さの調整を行った。この操作を、所望の誘電体層厚さが得られるまで繰り返し行った。
【００５１】
以上のようにして得られた２枚の誘電体層付銅箔シートを用いて、相互の誘電体層を対向して重ね合わせて、２７５℃×３０分で１５０ｐｓｉの油圧下で、プレス積層して張り合わせることによって板状のキャパシタ材料を製造した。プレス雰囲気は、水銀２８インチの真空下で行った。この方法で得られたキャパシタ材料は、２〜３％の残留溶剤を含む半硬化状態のポリイミド誘電体層を備え、２つの銅箔層を備えたものとなる。
【００５２】
このキャパシタ材料は、所定の大きさに切断され、銅箔層に回路パターンを形成するためのエッチング処理が行われ、多層プリント配線板の内層コア材としてのキャパシタ付コア材料とした。その後、キャパシタ付コア材料は、外観検査され、その後、５００ボルトでの電気的な短絡試験を行った。その結果、形成したキャパシタは、少なくとも２５０ｐＦ／ｃｍ２の容量、および少なくとも２０００ボルト／ｍｉｌの誘電体絶縁破壊電圧を備えていた。
【００５３】
第２実施形態：  第１実施形態で得られた２枚の誘電体層付銅箔シートを用いて、相互の誘電体層を対向させ、その間に５０μｍ厚のガラスクロスを１枚挿入して、２７５℃×３０分で１５０ｐｓｉの油圧下で、プレス積層して張り合わせることによって３層の構造を持つ誘電体を備えた板状のキャパシタ材料を製造した。そして、第１実施形態と同様の方法でキャパシタを形成し、同様の性能試験を行った。その結果、形成したキャパシタは、少なくとも１００ｐＦ／ｃｍ２の容量、および少なくとも２５００ボルト／ｍｉｌの誘電体絶縁破壊電圧を備えていた。
【００５４】
第３実施形態：  第１実施形態の液体ポリイミドの中に、５０ｖｏｌ％のチタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）をフィラーとして混合することを除いて、その他の条件等同様である。従って、ここでの重複した記載は省略する。本実施形態で得られた電気容量は、少なくとも２．０ｎＦ／ｃｍ２増加し、少なくとも１０００ボルト／ｍｉｌの誘電体絶縁破壊電圧を有している。
【００５５】
第４実施形態：  窒化ボロンを、第３実施形態のチタン酸バリウムの代わりにフィラーとして用い、その他第３実施形態と同様である。従って、ここでの重複した記載は省略する。本実施形態で得られた電気容量は、少なくとも３２５ｐＦ／ｃｍ２増加し、少なくとも１０００ボルト／ｍｉｌの誘電体絶縁破壊電圧を有している。
【００５６】
第５実施形態：  第１実施形態に置いて、巻き取りロールに巻き取った誘電体層付銅箔ロールの２本を用いて、連続ラミネート法により、３００℃で３００ｐｓｉの連続的なホットロールプレスを用いて連続積層し、その後所望のキャパシタ材料のサイズにカットした。そして、そのキャパシタ材料は、最終硬化を行うために、ポストベーキング（ｐｏｓｔ  ｌａｍｉｎａｔｉｏｎ  ｏｖｅｎ  ｂａｋｅ）を行った。
【００５７】
第６実施形態：  液体ポリイミドの銅箔面への塗布を、押し出しコータを用いて行い誘電体層付銅箔を製造し、誘電体層付銅箔のラミネーションをニップロールプロセスで行ったことを除いて、第１実施形態と同様である。但し、ここでは液体ポリイミドにフィラーを含有させ、ポリイミドと同時にフィラーを分散含有させた。
【００５８】
第７実施形態：  誘電体層を形成する銅箔の光沢側に、ポリイミドに対する密着性を高めるための、ノジュール（ｎｏｄｕｌｅ）を形成したことを除いて、第１実施形態と同様である。このときの最大ノジュールサイズは、液体ポリイミドの均一な塗布が可能で、バブル発生の無きよう、１２０μｉｎｃｈより小さいものでなければならない。
【００５９】
第８実施形態：  第１のフィラーとしてナノファイバ（ＰＢＯ）を、体積で３０ｖｏｌ％となるよう液体ポリイミドに含ませる。ナノファイバは、寸法安定性および引き裂き抵抗を向上させるために用いた。ナノファイバパルプを用いて、ファイバを分解するための機械的方法（ボールミルなど）により、液体ポリイミドとともに処理した。そして、一方で、第２のフィラーとしてチタン酸バリウムを、高い剪断混合を用いて、他の液体ポリイミドと混合した。上述した２つの組成の液体ポリイミドを、低い剪断ミキサを用いて混合し、２つのフィラーを含んだ液体ポリイミドとした。そして、第１実施形態と同様の方法を用いて誘電体層付銅箔シートとした。
【００６０】
第９実施形態：  １オンスの銅箔の粗面に、ノジュールとして微細銅粒を付着形成し粗化面とした。そして、亜鉛クロメートの層を、その両面に形成し、粗化面側に、スポット不良を防ぐために有機層を形成し、ガンマーアミノープロピルトリエトキシシランを用いて光沢面側をカップリング剤処理し、ポリイミドとの密着性を促進するものとした。
【００６１】
そして、Ｎ−メチルピロリジノン（ＮＭＰ）に溶解した液体ポリイミド樹脂を、光沢面側に塗布する。塗布には、ブレードコータを用いて、気泡のない均一な膜厚を形成する。
【００６２】
その後、溶剤を揮発させ、ポリイミド樹脂をオーブン内で硬化させ、誘電体層付銅箔シートとした。この誘電体層付銅箔シートの２枚を、誘電体層を対向して重ね合わせて、油圧１５０ｐｓｉの圧力で２７５℃×３０分間の条件でプレス積層しキャパシタ材料を得た。プレス雰囲気には、水銀２８インチの真空下で行った。
【００６３】
プレス加工が終了すると、結果としてのラミネートは、キャパシタ材料を所定のサイズに切断し、キャパシタ回路をエッチングにより形成した。エッチングプロセスは、酸洗浄および水すすぎによる銅の清浄化と、感光性レジスト層を形成し、当該レジストを露光するためＵＶ露光装置を用い、所望の回路パターンを露光し、炭酸ナトリウムによる現像および塩化第二銅でのエッチング後、レジストは、所望の銅パターンを残す水酸化カリウムを使用して剥離した。
【００６４】
エッチング加工が終了すると、結果としてキャパシタ付コア材料が得られ、目視で検査され、その後回路ショートの電気的検査が行われる。この回路ショート試験は、直流で、５００ボルトで行った。
【００６５】
【発明の効果】
本件発明に係るキャパシタ材料は、誘電層の材料設計が容易となり、誘電率を使用目的に合わせて任意に調節することが容易となり、誘電層内に発生していたボイド等の構造欠陥を無くすることが出来るため、最終的にキャパシタ回路を形成して用いる場合のキャパシタ性能の安定化が可能となる。そして、本件発明に係る製造方法を用いることで、容易且つ高い生産性で当該キャパシタ材料を製造することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】  １対の導電性フォイルを表す図。
【図２】  誘電体層付導電体シートを用いた場合の積層イメージ。
【図３】  キャパシタ材料の模式断面図。
【図４】  キャパシタ材料の模式断面図。
【符号の説明】
１  第１導電性層  
２  第１誘電体層  
３、６  誘電体層付導電性シート
４  第２導電性層
５  第２誘電体層
７  誘電体層
８  キャパシタ材料
９  第３誘電体層